特厚自燃煤層綜合防滅火技術(shù)實(shí)踐

張靈濤

(同煤集團(tuán)同家梁礦，山西 大同 037025)

礦井火災(zāi)是煤礦的五大災(zāi)害之一，特別是采空區(qū)浮煤發(fā)火，由于其隱蔽性，不容易察覺，一旦產(chǎn)生大范圍發(fā)火，勢必會造成不可估量的人身、財產(chǎn)損失[1-5]。對特厚自燃煤層綜合防滅火技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐分析，對于類似礦井的防滅火工作具有重要指導(dǎo)意義。

1 工程概況

小峪礦8206工作面位于19#層402盤區(qū)，由2206、5206兩順槽巷、8206頂回風(fēng)巷及切眼構(gòu)成。8206工作面北部為同層的8204采空區(qū)，南部為實(shí)煤區(qū)，西部為402盤區(qū)回風(fēng)巷、軌道巷、皮帶巷，東部為礦界與懷仁蘆子溝煤礦相鄰。工作面所采19#層為特厚煤層，煤層厚度9.85～11.55m，平均厚度10.75m，煤層較穩(wěn)定，變化較小。煤層產(chǎn)狀走向127°，傾向北東，傾角3°，煤層結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。8206工作面瓦斯絕對涌出量為10.67m3/min，二氧化碳絕對涌出量1.6m3/min，瓦斯相對涌出量1.03m3/t，二氧化碳相對涌出量0.57m3/t。8206工作面煤層有煤塵爆炸性，煤層煤樣自燃傾向性等級屬Ⅱ類，自燃，最短自然發(fā)火期天數(shù)為80d。工作面平面布置見圖1所示。

圖1 工作面平面布置示意圖

2 工作面回采期間綜合防滅火措施

為防止煤層自然發(fā)火引起的一系列災(zāi)害問題，堅持以預(yù)防為主，防控結(jié)合的原則，采用黃泥灌漿、注氮和噴灑阻化劑相結(jié)合的綜合防滅火措施處理采空區(qū)自然發(fā)火，保證礦井安全生產(chǎn)。

2.1 黃泥灌漿

根據(jù)小峪礦開采布置特點(diǎn)及圍巖性質(zhì)，井下采用隨采隨灌、埋管灌漿，設(shè)計采用分段注漿，分段長度30m。

（1）埋管灌漿和灑漿相配合。在回采前沿5206回風(fēng)巷在采空區(qū)預(yù)先鋪好灌漿管，平行于回采工作面橫向埋管50m（DN40無縫鋼管），沿回風(fēng)順槽方向豎向埋管20m（DN40無縫鋼管），兩管路相通，回采后立即灌漿，隨工作面推進(jìn)，按移架步距用回柱絞車牽引灌漿管，牽引一次灌一次漿。并從灌漿管道接出一段膠管，沿傾斜方向20m一段，向采空區(qū)均勻?yàn){。

（2）灌漿參數(shù)。灌漿泥水比為1:4，實(shí)際灌漿過程中可根據(jù)泥漿流動效果及采空區(qū)充填情況調(diào)整泥水比。礦井移動防滅火注漿裝置出口壓力為4 MPa。灌漿工作與礦井井下工作同步，每天三班灌漿，純灌漿時間12h。

2.2 注氮防滅火

（1）注氮工藝。采用埋管注氮，注氮方式為“踏步后退式”。在8206綜采工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)沿采空區(qū)埋設(shè)兩趟注氮管路，分1#管路和2#管路，均為4寸鋼管，1#管路鋪設(shè)于工作面后溜子處，2#管路鋪設(shè)相對1#管路后推30m。采空區(qū)氧化帶為30～60m，因此當(dāng)1#管路埋入采空區(qū)氧化帶30m時，開啟1#注氮管路，當(dāng)1#管路埋入60m時，停止1#管路，此時2#管路埋入采空區(qū)氧化帶30m，開啟2#注氮管路，同時將1#管路末端拆除，如此循環(huán)往復(fù)直至工作面回采結(jié)束。管路鋪設(shè)見圖2所示。

圖2 注氮管路鋪設(shè)及釋放口位置

（2）注氮量計算。根據(jù)相關(guān)要求，采用如下公式計算工作面注氮量。

式中：

QN-注氮流量，m3/h；

Q0-采空區(qū)氧化帶內(nèi)漏風(fēng)量，現(xiàn)取9m3/min；

C1-采空區(qū)氧化帶內(nèi)平均氧濃度，20%～10%，取15%；

C2-采空區(qū)惰化防火指標(biāo)，取8%；

CN-注入氮?dú)庵械牡獨(dú)鉂舛?，?8%；

K-備用系數(shù)，一般取1.2～1.5，現(xiàn)取1.2。

通過計算可知，8206綜放工作面防滅火注氮流量為756m3/h。

（3）安全通風(fēng)量計算。計算在輸?shù)苈费赝净蚬ぷ髅?，輸送氮?dú)馊啃孤┠芊裨斐尚孤﹨^(qū)缺氧（按安全氧濃度指標(biāo)18.5%），采用下式計算：

式中：

Q0-工作場所的安全通風(fēng)量，m3/min；

QN-最大氮?dú)庑孤┝浚?2.6m3/min；

CN-泄漏氮?dú)庵械牡獨(dú)鉂舛龋?8%；

C1-工作面或巷道中原始氧氣濃度，一般取20.8%；

C2-工作場所的安全氧濃度指標(biāo)，18.5%。

按照輸送756m3/h的氮?dú)馊啃孤?，計算得安全風(fēng)量為103m3/min，實(shí)際輸?shù)苈匪?jīng)巷道風(fēng)量均大于150m3/min，能夠滿足安全通風(fēng)需要。

（4）注氮措施。注氮的氮?dú)鉂舛炔坏玫陀?7%，低于97%立即停止注氮，嚴(yán)格堅持“少量多注”多循環(huán)進(jìn)行注氮。注氮時間每循環(huán)1h，每小時注氮量756m3，停1h再進(jìn)入下一循環(huán)。由當(dāng)班瓦斯員立即進(jìn)行工作面、上隅角和回風(fēng)順槽氣體檢測，若發(fā)現(xiàn)瓦斯和一氧化碳濃度達(dá)異常則及時向調(diào)度室匯報進(jìn)行處理。建立專用的注氮記錄本和臺帳，以便對注氮情況進(jìn)行分析。

2.3 阻化劑防滅火

采用BZ-40/3型噴霧泵，阻化劑使用MgCl2，濃度為20%。噴霧泵安設(shè)在2206巷，將阻化劑放入水箱，按20%的比例配置，利用噴霧泵送至工作面。在檢修班進(jìn)行噴注，每次噴注3.5h，在溜頭與溜尾固定噴頭各注1h，然后工作面每3架用可移動噴頭向支架后采空區(qū)底板以及工作面底板進(jìn)行注噴一次，累計噴灑時間1.5h。若下隅角出現(xiàn)大量積水，則停止噴灑阻化劑。在中班對后溜浮煤噴灑阻化劑。

3 特殊時期工作面防滅火措施

3.1 初采期間專項(xiàng)防滅火措施

（1）初采期間發(fā)火原因分析。工作面初采時，由于不放頂煤，導(dǎo)致移架后大量已達(dá)到發(fā)火期的煤炭被丟入采空區(qū)，采空區(qū)極易自燃。且初采期間采空區(qū)沿走向范圍窄，不能實(shí)施注氮、注漿等防滅火措施，加大采空區(qū)自然發(fā)火的可能性。

（2）初采期間防滅火措施。采取阻化劑噴灑小范圍垮落煤體為主，結(jié)合加快工作面推進(jìn)速度減短工作面浮煤暴露時間為輔的防滅火措施。具體為：對開切眼附近煤壁加強(qiáng)噴漿，確保無浮煤、無裸露煤體；加快工作面初始推進(jìn)速度，不低于3m/d；工作面開始推進(jìn)時，在工作面端頭支架上安設(shè)阻化劑氣霧噴灑裝置，對工作面浮煤噴灑阻化劑材料，對采空區(qū)垮落的浮煤采取人工噴灑阻化劑；工作面預(yù)埋注氮管路，一旦注氮管口埋入采空區(qū)30m時，即可按照正?；夭善陂g注氮要求進(jìn)行注氮；預(yù)埋束管取樣分析采空區(qū)氣體變化情況，及時采取相應(yīng)措施。

3.2 停采撤架期間專項(xiàng)防滅火措施

（1）停采撤架期間發(fā)火原因分析。① 小峪礦19#煤層的最短自然發(fā)火期為80d，工作面推進(jìn)速度正常為3m/d，根據(jù)采空區(qū)三帶考察，采空區(qū)約30m以里為窒熄帶，在撤架期間，采空區(qū)氧化帶與窒息帶交界地方浮煤將進(jìn)一步氧化，極易自燃。② 撤架時采空區(qū)內(nèi)巖石經(jīng)?？迓洌茐牟煽諈^(qū)浮煤的漏風(fēng)氧化通道，而支架上方卻存在固定的漏風(fēng)氧化通道，再加上支架上方的氧含量一般為15%～18%，為最易氧化的氧含量范圍，因此支架上方的碎煤比采空區(qū)浮煤更易氧化自燃。

（2）停采工作面專項(xiàng)防滅火措施。① 在安全的前提下做到低風(fēng)量、低風(fēng)壓通風(fēng)；② 通過預(yù)埋注氮管路對停采線位置和停采線后采空區(qū)進(jìn)行大量注氮；③ 在撤架處掩護(hù)支架上安設(shè)一組氣霧噴霧裝置，使溶液霧化后能隨風(fēng)流進(jìn)入撤架后采空區(qū)，有效防止撤架后塌落煤體氧化自燃；④ 工作面停采后40d以內(nèi)撤出工作面所有設(shè)備，并及時密閉工作面；⑤加強(qiáng)對工作面撤架處、回風(fēng)流、采空區(qū)的氣體監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時匯報并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。

3.3 封閉工作面火災(zāi)防治專項(xiàng)措施

封閉工作面火災(zāi)防治具體措施為：① 密閉間嚴(yán)格按設(shè)計要求充填粉煤灰，必須接頂嚴(yán)實(shí)，不留空洞；② 在密閉施工過程中，加強(qiáng)施工地點(diǎn)及其回風(fēng)流中有毒有害氣體檢查，發(fā)現(xiàn)異常，立即斷電撤人，并及時匯報；③ 在密閉施工過程中，維護(hù)好施工巷道內(nèi)所有的監(jiān)控設(shè)備，確保監(jiān)測系統(tǒng)暢通、監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；④ 密閉工程完成后，通過束管監(jiān)測系統(tǒng)對密閉內(nèi)氣體情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。每周對預(yù)報氣體取樣檢測，出現(xiàn)異常時對密閉內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

4 現(xiàn)場實(shí)施效果分析

8206工作面采用以上防滅火措施進(jìn)行治理后，采用JSG-8礦井火災(zāi)氣體束管監(jiān)測系統(tǒng)，對8206工作面采空區(qū)氣體進(jìn)行現(xiàn)場連續(xù)檢測。通過現(xiàn)場檢測可知，工作面CO檢測最大值為18ppm，工作面回采期間及回采結(jié)束后均未發(fā)生CO報警現(xiàn)象，CH4、CO氣體一直保持在穩(wěn)定的水平，說明以上措施取得了良好的防控效果，可為今后19#煤層綜放開采提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)論

（1）針對自燃煤層，為防止煤層自然發(fā)火引起的一系列災(zāi)害問題，應(yīng)采用以預(yù)防為主，防控結(jié)合的原則，采取黃泥灌漿、注氮和噴灑阻化劑相結(jié)合的綜合防滅火措施處理采空區(qū)自然發(fā)火。

（2）工作面初采、停采撤架、停產(chǎn)等特殊時期，由于工作面不放頂及工作面推進(jìn)速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致采空區(qū)浮煤氧化加劇，必須制定相應(yīng)的專項(xiàng)防滅火措施，及時處理采空區(qū)。

（3）8206工作面采取黃泥灌漿、采空區(qū)注氮、噴灑阻化劑以及特殊時期的專項(xiàng)防滅火措施后，通過束管觀測顯示工作面CO檢測最大值為18ppm，工作面回采期間及回采結(jié)束后采空區(qū)的自然發(fā)火現(xiàn)象均能得到有效控制。